计算机组成原理课后答案(唐朔飞第二版).doc

### 计算机组成原理知识点解析 #### 一、计算机系统的定义及其组成部分 - **计算机系统**: 是由硬件系统和软件系统共同组成的整体。 - **计算机硬件**: 包括计算机中的电子线路和物理装置，例如CPU、内存、硬盘等。 - **计算机软件**: 指计算机运行所需的程序及相关资料，包括操作系统、应用软件等。 **硬件与软件的重要性**: 在计算机系统中，硬件和软件是相互依赖、缺一不可的。硬件提供了计算能力的基础，而软件则决定了计算机的功能和性能。两者同等重要，共同作用于计算机的整体运行。 #### 二、冯·诺依曼计算机的特点 冯·诺依曼架构是现代计算机设计的基本框架，其特点包括： - **五大部件**: 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成。 - **存储程序的概念**: 指令和数据以同等地位存放在存储器中，并且可以按照地址访问。 - **二进制编码**: 指令和数据均采用二进制表示。 - **指令格式**: 每条指令包含操作码和地址码两部分，操作码指示操作类型，地址码指示操作数的位置。 - **指令流**: 指令在存储器中按顺序存放，并通常自动顺序执行。 - **以运算器为中心**: 在原始的冯·诺依曼计算机设计中，运算器是整个系统的中心。 #### 三、计算机系统相关术语解释 - **主机**: 计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器(MM)组成。 - **CPU**: 中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成。 - **主存**: 计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，支持随机存取。 - **存储单元**: 可以存放一个机器字的存储单元，具有特定的存储地址。 - **存储元件**: 存储一位二进制信息的物理元件，是最小的存储单位。 - **存储字**: 一个存储单元所存储的二进制代码的逻辑单位。 - **存储字长**: 一个存储单元所能存储的二进制代码的位数。 - **存储容量**: 存储器中可存储的二进制代码的总量。 - **机器字长**: CPU一次能处理的二进制数据的位数。 - **指令字长**: 一条指令的二进制代码位数。 #### 四、计算机系统中的重要缩写及其含义 - **CPU**: Central Processing Unit，中央处理器，计算机硬件的核心部件。 - **PC**: Program Counter，程序计数器，存储当前待执行指令的地址。 - **IR**: Instruction Register，指令寄存器，存储当前正在执行的指令。 - **CU**: Control Unit，控制单元，产生微操作命令序列。 - **ALU**: Arithmetic Logic Unit，算术逻辑单元，执行算术和逻辑运算。 - **ACC**: Accumulator，累加器，用于存储运算前的操作数和运算结果。 - **MQ**: Multiplier-Quotient Register，乘法运算时存放乘数，除法时存放商的寄存器。 - **X**: 操作数寄存器，用于存放操作数。 - **MAR**: Memory Address Register，存储器地址寄存器，存储欲访问的存储单元地址。 - **MDR**: Memory Data Register，存储器数据寄存器，存储从某单元读出或将要写入的数据。 - **I/O**: Input/Output Equipment，输入/输出设备，用于计算机内外部信息的交换。 - **MIPS**: Million Instructions Per Second，每秒执行百万条指令数，衡量计算机运算速度的一个指标。 - **CPI**: Clock Cycles Per Instruction，每条指令所需的时钟周期数，衡量计算机性能的一个参数。 - **FLOPS**: Floating Point Operations Per Second，每秒浮点运算次数，衡量计算机浮点运算能力的指标。 #### 五、主机框图及信息流程 根据题目描述，我们可以通过以下步骤分析存数指令“STA M”和加法指令“ADD M”的信息流程： - **STA M指令流程**: 1. PC（程序计数器）-> MAR（存储器地址寄存器） 2. MAR -> MM（主存） 3. MM -> MDR（存储器数据寄存器） 4. MDR -> IR（指令寄存器） 5. OP(IR) -> CU（控制单元） 6. Ad(IR) -> MAR 7. ACC -> MDR 8. MAR -> MM 9. WR（写操作） - **ADD M指令流程**: 1. PC -> MAR 2. MAR -> MM 3. MM -> MDR 4. MDR -> IR 5. OP(IR) -> CU 6. Ad(IR) -> MAR 7. RD（读操作），MM -> MDR 8. MDR -> X（操作数寄存器） 9. ADD（加法运算） 10. ALU -> ACC 11. ACC -> MDR 12. WR #### 六、寄存器位数分析 假设主存容量为256M * 32位，在指令字长、存储字长、机器字长相等的条件下，我们可以推断出以下寄存器的位数： - **MAR（存储器地址寄存器）**: 为了能够寻址256M个存储单元，MAR需要至少28位（2^28 = 256M）。 - **MDR（存储器数据寄存器）**: 需要32位来匹配主存的数据宽度。 - **IR（指令寄存器）**: 假设指令字长等于存储字长，也需要32位。 - **PC（程序计数器）**: 同MAR一样，至少需要28位。 - **其他寄存器**: 如ACC、X、MQ等，如果它们的宽度与存储字长相等，则也应为32位。 以上分析总结了《计算机组成原理》课程中的一些关键知识点，希望能够帮助读者更好地理解计算机系统的工作原理及其各个组成部分的作用。